Однополупериодная схема выпрямления.

       
   
б)
 
а)
 

 


Рис.2.1.1. Однополупериодная схема выпрямления (а) и временные диаграммы (б) при активной нагрузке

 

Это простейшая, но и самая несовершенная схема. Для простоты анализа полагаем вентиль идеальным, а активные и индуктивные сопротивления обмоток трансформатора равными нулю. Поскольку вентиль идеальный, то при положительной полуволне напряжения в нагрузке будет протекать ток, мгновенное значение которого:

 

.

 

При обратной полярности напряжения u2 сопротивления вентиля бесконечно велико и ток в нагрузке равен нулю. Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке (постоянная составляющая):

. (2.1.1)

 

где - действующее напряжение вторичной обмотки трансформатора. , то есть в 2.22 раза превышает выпрямленное напряжение на нагрузке (постоянную составляющую).

Когда вентиль заперт, U0 = 0 и все напряжение U2 оказывается приложенным к вентилю. Максимальное значение обратного напряжения:

 

, (2.1.2)

 

или, заменив из (2.1.2), получим

 

. (2.1.3)

 

в p раз больше выпрямленного напряжения на нагрузке.

Максимальный ток диода:

 

. (2.1.4)

 

Действующие значение тока вторичной обмотки трансформатора:

 

(2.1.5)

 

то есть действующий ток вторичной обмотки трансформатора, вызывающий намагничивание сердечника трансформатора, в 1,57 раза больше выпрямленного тока.

Так как постоянная составляющая тока не трансформируется в цепь первичной обмотки, то повторяет переменную составляющую .

 

, (2.1.6)

 

где - коэффициент трансформации трансформатора.

Действующее значение тока первичной обмотки:

 

. (2.1.7)

 

Подставив (2.1.5) в (2.1.7), получим

 

. (2.1.8)

 

Теперь можно определить мощности обмоток трансформатора.

Мощность первичной обмотки:

 

. (2.1.9)

 

Мощность вторичной обмотки:

 

. (2.1.10)

 

Типовая мощность трансформатора:

 

. (2.1.11)

определяет его габариты. Такое соотношение свидетельствует о плохом использовании трансформатора.

Напряжение на нагрузке и ток пульсируют. Такую зависимость можно разложить в ряд:

 

(2.1.12)

 

Для характеристики степени слаженности напряжения вводится понятие коэффициента пульсации напряжения. Коэффициентом пульсации называют отношение амплитуды основной гармоники UmОГ к среднему значению выпрямленного напряжения на нагрузке:

 

. (2.1.13)

 

Большой , низкая частота основной гармоники, а также плохое использование обмоток трансформатора, намагничивание сердечника постоянной составляющей выпрямленного тока и большое обратное напряжение не позволяют широко использовать эту схему.

 

б)
а)

Рис.2.1.2. Двухполупериодная схема выпрямления с нулевым выводом (а) и временные диаграммы при активной нагрузке (б)

В двухполупериодной схеме выпрямления с нулевым выводом (рис.2.1.2.) вторичная обмотка трансформатора имеет дополнительный вывод от средней точки. Напряжения на верхней и нижней полуобмотках трансформатора равны по величине и противоположны по фазе. В первый полупериод VD1 открыт, VD2 заперт. Ток протекает через VD1 и нагрузку в направлении, указанном сплошными стрелками. Во второй полупериод полярность напряжения меняется. Ток будет проходить через VD2 и нагрузку. VD2 находится под обратным напряжением и тока не пропускает.

Ток в нагрузке протекает в одном направлении в течение обоих полупериодов. Ток и напряжение на нагрузке по-прежнему сильно пульсируют.

Среднее значение выпрямленного напряжения (постоянная составляющая):

, (2.1.14)

 

где действующее напряжение одной из полуобмоток трансформатора. Максимальный ток диода:

. (2.1.15)

Максимальный ток вентиля так же, как и в однополупериодной схеме, в p раз больше его среднего тока. Токи во вторичных полуобмотках трансформатора и вентилях VD1 и VD2 протекают поочередно, вследствие чего использование обмоток трансформатора оказывается неудовлетворительным. В первичной обмотке - синусоида. Напряжение на закрытом диоде:

 

. (2.1.16)

 

Максимальное обратное напряжение на вентиле складывается из амплитуд и , то есть

 

. (2.1.17)

 

Действующее значение тока вторичной обмотки:

 

. (2.1.18)

 

Действующие значение тока и напряжения первичной обмотки:

 

,

 

.

 

Мощность обмоток трансформатора:

 

,

 

.

 

Расчетная мощность трансформатора:

 

. (2.1.19)

 

Снижение типовой мощности и лучшее использование трансформатора в двухполупериодной схеме объясняется отсутствием намагничивания сердечника трансформатора постоянной составляющей тока вторичных обмоток. Постоянные составляющие тока этих обмоток создают намагничивающие силы, направленные встречно. Их магнитные потоки в сердечнике трансформатора компенсируются.

Частота основной гармонической пульсации . Коэффициент пульсации в многофазных выпрямителях можно посчитать по формуле:

 

, (2.1.20)

 

где - амплитуда гармонической пульсации порядка n, m - отношение частоты пульсации основной гармоники к частоте сети. Поэтому в данной схеме

 

. (2.1.21)

 

В этой схеме трансформатор использован лучше, чем в однополупериодной. Среднее и максимальное значения тока вентиля уменьшаются в два раза при одном и том же токе нагрузки. Частота пульсаций увеличивается в два раза. Амплитуда пульсации уменьшается, но все еще велика. также велико. Кроме того, нужно использовать два вентиля и тщательно симметрировать полуобмотки.

В мостовой схеме выпрямления (рис.2.1.3.) при положительной полуволне напряжения ток протекает в направлении, указанном сплошными стрелками. При отрицательной полуволне – через VD2, и VD4.

Направления токов, текущих через нагрузку в течение обоих полупериодов, совпадают. представляет полусинусоиды , совпадает по форме с . Во вторичной обмотке протекает переменный синусоидальный ток, что обеспечивает хорошее использование трансформатора. Между анодом и катодом вентиля в непроводящем направлении приложено напряжение вторичной обмотки трансформатора. Поскольку формы кривых токов и напряжений в нагрузке те же, что и в двухполупериодной схеме с нулевым выводом,

 

; ; ; ; (2.1.22)

 

Обратное напряжение на диоде:

 

, (2.1.23)

 

то есть в два раза меньше, чем в двухполупериодной схеме.

Действующее значение тока вторичной обмотки:

 

. (2.1.24)

 

Ток первичной обмотки:

 

.

 

Типовая мощность трансформатора:

 

,

. (2.1.25)

 

Достоинства:

Мостовая схема может быть непосредственно включена в цепь переменного тока, если напряжение сети обеспечивает требуемую величину U0, так как по вторичной обмотке трансформатора не протекает постоянной составляющей тока. Обратное напряжение при одном и том же U0 ниже, чем в двухполупериодной схеме, в два раза. Типовая мощность трансформатора меньше, чем в других однофазных схемах.

Недостаток:

В схему включены четыре вентиля, поэтому потери в этой схеме немного больше, чем в двухполупериодной с нулевым выводом.

 








Дата добавления: 2016-03-15; просмотров: 1141;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.022 сек.